第十一章-電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性

第十一章

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性9-1暫態(tài)穩(wěn)定性概述9-2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算9-5提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施9-3發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法9-4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算9-1暫態(tài)穩(wěn)定性概述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是研究電力系統(tǒng)受到較大擾動后各發(fā)電機是否能繼續(xù)保持同步運行的問題。大擾動主要有以下幾種：（1）負(fù)荷的突然變化（2）切除或投入系統(tǒng)的主要元件（3）電力系統(tǒng)的短路故障9-1暫態(tài)穩(wěn)定性概述1、忽略頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響；2、忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量；3、發(fā)電機的參數(shù)用E′和Xd′表示；4、當(dāng)發(fā)生不對稱短路時，忽略負(fù)序和零序分量電流對發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動的影響；5、忽略負(fù)荷的動態(tài)影響；6、在簡化計算中，還忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗。9-2簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算圖9-1簡單電力系統(tǒng)及等值電路9-2-1系統(tǒng)在各種運行方式下發(fā)電機的電磁功率1、正常運行方式2、故障運行方式2、故障運行方式在正序網(wǎng)的故障點上接一附加電抗構(gòu)成正序增廣網(wǎng)絡(luò)式中:x△為附加電抗，當(dāng)故障是單相接地時，當(dāng)故障是兩相接地時當(dāng)故障是三相接地時發(fā)電機輸出的電磁功率為3、故障切除后的運行方式一般情況下，以上三種運行方式下電抗之間有如下關(guān)系則相應(yīng)三種運行方式下，發(fā)電機輸出的電磁功率之間的關(guān)系為9-2-2系統(tǒng)受大干擾后的物理過程分析圖9-2簡單電力系統(tǒng)正常運行、故障后及故障切除后的功角特性曲線功角δ隨時間變化的關(guān)系曲線。在這種情況下，該系統(tǒng)在受到此種擾動后是暫態(tài)穩(wěn)定的。故障是在大于角度后才被切除，則系統(tǒng)將可能失去穩(wěn)定性，

圖9-3功角隨時間變化曲線9-2-3等面積定則1、發(fā)電機在加速期間，功角由

移到時過剩轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)子所做的功為

轉(zhuǎn)子在加速期間所儲藏的動能增量等于面積Sabcd，這塊面積稱為加速面積。2、在減速期間，由過程中，轉(zhuǎn)子克服制動轉(zhuǎn)矩消耗的有功為轉(zhuǎn)子在減速期間所消耗的動能等于面積Sdefg，這塊面積稱為減速面積。一個暫態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子在加速過程中所獲得的動能必須在減速過程中全部釋放完，它的功角達(dá)到最大值，這就是等面積定則。即有9-2-4極限切除角積分后得:解得極限切除角臨界角注：這里所有的角度都是用弧度表示。應(yīng)用前述公式即可求極限切除角δc.lim。顯然，為了保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，必須在功角δ<δc.lim前切除短路故障。如果切除角δ>δc.lim時，意味著加速面積大于減速面積，運行點會越過k′點而使系統(tǒng)失去同步。等面積定則只限于分析簡單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，當(dāng)功角特性可在平面坐標(biāo)上表示時，才可用等面積定則確定極限切除角。9-3發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的數(shù)值解法為了保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，需要知道必須在多長時間內(nèi)切除短路故障，即極限切除角δc.lim

對應(yīng)的極限切除時間tc.lim，這就需要找出發(fā)電機受到大干擾后，轉(zhuǎn)子相對角δ隨時間t變化的規(guī)律，即δ=?(t)曲線，此曲線稱作搖擺曲線。數(shù)值計算方法:分段計算法和改進歐拉法。發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程是非線性的常微分方程，一般用數(shù)值計算方法求其近似解。9-4復(fù)雜電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的分析計算復(fù)雜電力系統(tǒng)中任一臺發(fā)電機輸出的電磁功率，是該發(fā)電機電勢相量相對其他發(fā)電機電勢相量相角差（δi

-δj）的函數(shù)。若得到大干擾后各臺發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間相對功角隨時間變化的曲線，可根據(jù)任意兩臺發(fā)電機之間的相對角（δi

-δj）隨時間的變化來判斷暫態(tài)穩(wěn)定性，若相對角（δi

-δj）隨時間不斷增大且超過180o時，可判斷該系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。9-5提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施9-5-1快速切除短路故障由于快速切除故障減小了加速面積，增加了減速面積，從而提高了發(fā)電機之間并列運行的穩(wěn)定性。另一方面，快速切除故障，還可使負(fù)荷中電動機的端電壓迅速回升，減小了電動機失速和停頓的危險，因而也提高了負(fù)荷運行的穩(wěn)定性。釆用自動重合閘裝置，就是當(dāng)線路發(fā)生故障后，斷路器將故障線路斷開，經(jīng)過一定時間后自動重合閘裝置將線路恢復(fù)正常運行。若短路故障是瞬時性的，則當(dāng)斷路器重合后系統(tǒng)將恢復(fù)正常運行，即重合閘成功。這不僅提高了供電可靠性，而且對暫態(tài)穩(wěn)定也是有利的。9-5-2釆用自動重合閘裝置比較圖9-4a、b可見，不裝設(shè)自動重合閘時，系統(tǒng)不能保持暫態(tài)穩(wěn)定；裝設(shè)自動重合閘后，在運行點轉(zhuǎn)移到k點時自動重合成功，重合成功時運行點將從功角特性曲線上的k點躍升到功角特性曲線上的g點，使減速面積增大，系統(tǒng)可以保持暫態(tài)穩(wěn)定。b圖9-4自動重合閘提高運行穩(wěn)定性ab外部短路而使發(fā)電機端電壓UG低于額定電壓的85%時，低電壓繼電器動作，并通過一中間繼電器將勵磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強行短接，使勵磁機的勵磁電流大大增加，提高了發(fā)電機電勢，增加了發(fā)電機輸出的電磁功率，減少了轉(zhuǎn)子的不平衡功率，提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。9-5-3強行勵磁圖9-5強行勵磁裝置1、對于汽輪機釆用快速的自動調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進汽門；9-5-4快速減小原動機功率2、聯(lián)鎖切機，即在切除故障的同時，連鎖切除送端發(fā)電廠中的一臺或兩臺發(fā)電機。3、釆用機械制動，即釆取轉(zhuǎn)子直接制動的方法。圖9-6減少原動機輸出機械功率對暫態(tài)穩(wěn)定影響電氣制動就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后，在送端發(fā)電機上迅速投入電阻，以消耗發(fā)電機發(fā)出的有功功率，減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的過剩功率。9-5-5采用電氣制動圖9-7制動電阻接入方式當(dāng)電阻串聯(lián)接入時，斷路器正常時是閉合的，投入制動電阻時將斷路器斷開。并聯(lián)接入時，開關(guān)正常時是斷開的，投入制動電阻時將其閉合。圖9-8a、b中比較了有無電氣制動的情況。圖9-8電氣制動的作用運用電氣制動時，制動電阻的選擇要適當(dāng)。欠制動時，制動電阻太大，會使制動作用不足，系統(tǒng)照樣失步；過制動時，制動電阻太小，發(fā)電機雖在第一次振蕩中沒有失步，但在故障切除的同時切除制動電阻后的第二次振蕩中失步了。欠制動和過制動都不能保持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。圖9-9制動電阻太小時的情形9-5-6串聯(lián)電容器的強行補償為提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和故障后的靜態(tài)穩(wěn)定性也可采用強行串聯(lián)補償。即在切除線路的同時切除部分并聯(lián)的電容器組，以增大串聯(lián)補償電容的容抗，部分地甚至全部地抵償由于切除故障線路而增加的線路感抗。在變壓器中性點接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱接地短路時，將產(chǎn)生零序電流分量。9-5-7變壓器中性點以小電阻接地圖9-10中性點接入小電阻若此時在系統(tǒng)中Y0接線的變壓器中性點以一小電阻接地，則零序電流將在這一電阻中產(chǎn)生功率損耗，這種功率損耗與發(fā)電機的電氣制動一樣可以減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率，有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)輸電線路較長（如500KM以上），且經(jīng)過的地區(qū)也沒有變電所時，可以考慮設(shè)置中間開關(guān)站，如圖9-11所